重力坝文献综述

1、文献综述姓 名： *指导老师：*摘要：溢流重力坝的设计包括孔口设计、溢流坝的剖面设计、抗空蚀设计以及消 能方式的设计。对于洪水流量大、上游淹没损失不大的中、小型工程可选用坝顶 溢流式，不设闸门的堰顶高程就是水库的正常蓄水位。带胸墙的溢流孔口可根据 洪水预报提前放水，提高了调洪能力。孔口尺寸的确定要通过方案比较来确定。 剖面设计中，溢流面由顶部溢流段、中间直线段和下部反弧段组成，上游为铅直 面或折坡面。关键词：泄水重力坝的泄水方式有开敞式溢流孔泄水和坝身泄水孔泄水。溢流重力坝1 孔口设计11 孔口形式111 坝顶溢流式这种形式的溢流孔除宣泄洪水外，还能排除冰凌和其他漂浮物。堰顶可设闸 门，也可不设闸门。不设闸门的堰顶高程就是水库的正常蓄水位，库水位超过堰 顶后就溢过堰顶泄向下游，这种型式结构简单、管理方便，适用于洪水流量大、 上游淹没损失不大的中、小型工程。设置闸门时，堰顶低于正常蓄水位，以利用 一部分有效库容参加调洪，达到降低抵挡水建筑物高度、减少上游淹没损失的目 的。溢流坝的闸门承受的水头较小，可采用较大的尺寸。泄流时，流量与水头的 3/2 次方成正比。随着库水位的增加，流量迅速增大

2、，对保证枢纽的安全有较大 的作用。另外，闸门设在顶部，操作、检修方便，工作安全可靠，所以大、中型 水库的溢流坝孔口一般均设有闸门。112 带胸墙的溢流孔口式这种溢流孔的堰顶较低，胸墙的作用是降低闸门高度。库水位较低时，水流 为堰顶溢流；随着水位升高，逐渐由堰流变为孔口泄流。这种形式的溢流孔可根 据洪水预报提前放水，腾出较多的库容来蓄洪水，从而提高了调洪能力。但由于 库水位高出孔口以上一定高度后便成为孔口出流，因而超泄能力受到限制，也不 利于排泄漂浮物。12 孔口尺寸确定孔口尺寸主要是确定溢流堰的堰顶高程、孔口大小及数目。这与以下一 些因素有关：洪水标准及洪水过程线；洪水可预报的时间；水库最高限制洪水位 及下游允许最大泄量；调洪方式；地形、地质条件及根据坝址地质条件所选择的 允许下泄的单宽流量。单宽流量的选择是关键因素，单宽流量愈大，单位宽度下 泄水流所含的能量也愈大，消能愈困难，下游冲刷也愈严重。但所需溢流前缘愈 短，这对狭窄山区河道上进行枢纽布置较为有利。选择单宽流量时，首先应考虑 下游河床的地质条件，对于一般软弱的岩石，常取单宽流量q=2550m3/(sm)； 对于较好的岩石，可取

3、q=100120m3/(sm)或更大。按单宽流量拟定孔口尺寸 后，就可进行调洪演算。在给定的设计水位和最大允许下泄流量的情况下，孔口 尺寸与堰顶高程可以有不同的组合。因此，溢流堰堰顶高程和孔口尺寸要通过方 案比较来确定。具体方法是：先初拟几组溢流孔口布置方案(包括不同的堰顶高 程及溢流前缘长)，根据给定的设计洪水流量过程线，分别进行调洪演算，得出 不同的水库最高洪水位及相应的最大下泄流量；根据满足要求的各方案定出整个 枢纽中各建筑物的布置和主要尺寸，估算工程量及造价，进行技术经济比较，选 出最优方案。设有闸门的溢流坝，用闸墩分成若干个孔(不设闸门的溢流坝也常因交通要 求设置桥墩)，分孔数目及每孔净宽则根据所用闸门形式、尺寸、启闭设备及混 凝土坝分段长度等条件确定。闸门尽可能选择工厂已生产、使用成功的或规范所 推荐的尺寸。应尽量将孔口数量定为奇数，这样有利于闸门对称开启，使过闸水 流均匀。如孔口数为n、每孔净宽为b、闸墩厚度为d,则溢流前缘总长度L为00L =nb +(n-1)d,002 溢流坝的剖面设计溢流重力坝的基本剖面也是三角形，为适应泄流要求，三角形上部和下游面 需做成溢流面。溢

4、流面由顶部溢流段、中间直线段和下部反弧段组成，上游为铅 直或折坡面。顶部溢流段一般采用曲线型非真空实用剖面堰。真空实用剖面堰溢 流时，溢流面产生负压，易引起空蚀，水流也不稳定，故采用较少。由于 WES 曲线给出的是曲线方程，具有易与各种上游坝坡相衔接的特点，且通过一系列试 验研究给出了大量成果，便于应用，故我国许多工程都采用WES曲线，混凝土 重力坝设计规范也推荐采用该曲线。当设有胸墙，且胸墙起挡水作用时，可采 用孔口溢流的抛物线。溢流面中间直线段上端与顶部曲线相切，下部与反弧相切， 直线段的坡度可与非溢流坝下游面相同，也可不同；溢流坝下端反弧段的作用是 使水流平顺地与下游水面衔接。反弧常用圆弧曲线，其半径的大小与坝高、堰上 水头及消能方式有关，通常取 R=(410)h,h 为校核水位闸门全开时反弧最低点 处的水深。反弧处水流速度越大，反弧半径宜取得越大。对于较低的溢流坝，坝 顶曲线可直接与下部反弧相切，而省去中间直线段。溢流坝的实用剖面是由基本剖面与溢流面拟合修改而成的。如果坝基较差、 孔口较大、三角形基本剖面顶部去掉的面积较多，影响了坝的稳定，则可将下游 坝坡略微放缓；如地基较好，

5、由于溢流曲线的要求使断面过分肥大，超出基本三 角形较多，为节省工程量，可使下游面与基本三角形一致，而将堰顶部伸向上游， 将堰顶做成具有突出的悬臂，悬臂高度hl应大于H/2,H为堰上水头。溢流孔两 侧的边墩应沿下游坝面延伸，做成导水墙，以防止溢流面上的水流向两侧漫溢。 导水墙厚为0.52m,顶面应高出掺气后的水面1.0m以上。3 泄水重力坝的抗空蚀设计通常水体內存在许多肉眼看不见的空化核，当水体流动时，若某点的压力降至饱和蒸汽压强，空化核迅速发育成空泡，这种现象称为空化。当低压区的空化 水流流经下游高压区时，空泡在内外压力差的作用下，迅速溃灭、消失。空泡在 溃灭时所产生的压力很大，可达几千个大气压。如果空泡发生在紧邻溢流坝面或 泄水孔孔壁，使其产生破坏，这种现象称为空蚀。国内外的工程运行经验和试验 表明，当溢流坝面和泄水孔壁流速超过 20m/s 时，就有可能发生空蚀破坏。常用 水流空化数来判别高速水流是否会使建筑物发生空蚀。水流空化数估算公式如下a =h +h -h / v 2/(2g)0 d v 0a为空化系数，无量纲；h为计算断面处的冻水压力水头，m； h为计算断面处 的大气压力水头

6、，m,对于不同高程按(10.33-/900)估算，即相对于海平面 每增加高度900m，较标准大气压力水头降低1m，为海平面以上的高程；h为 v 水的汽化压力水头，m,对于不同的水温可参照表；v2 /(2g)为计算断面处的平 均流速水头，m。按上式按上式计算计算得到的a值越小，表明越容易引起空蚀。总之，在高速水流作用下的过水表面，应严格控制不平整度，精心施工，尤 其在易发生空蚀的闸门槽底槛及其下游侧、闸墩下游端附近坝面、变坡段、反弧 起点、紧邻反弧终点的下游水平段和其他边界条件变化地段，更应注意。4 溢流重力坝的消能方式通过溢流坝下泄的水流，具有很大的能量，如不加处理，必将冲刷下游河床， 威胁建筑物的安全或其他建筑物的正常运行。溢流坝的消能方式有底流式、挑流 式、面流式、宽尾墩联合消能、窄缝式挑流等多种。底流式消能主要是利用在消力池內产生的底流式水跃消能，在水头中等或较 低、下游水深合适的闸坝中，常采用这种方式，但不宜用于排冰或排漂；挑流消 能是利用溢流坝反弧段的鼻坎将下泄水流射到空中，利用水流扩散、掺气以及与 水垫的摩擦、撞击而消能 ，这种方式较适用于落差和流量较大、下游有一定水 垫深度、基岩条件良好的情况，在我国采用较多。当坝基有延伸至下游的缓倾角 软弱夹层面时，挑流形成的冲坑有可能危及大坝的稳定或岸坡可能被冲塌而危及 坝肩稳定时，则不宜采用挑流式。消能方式主要有面流消能、消力戽消能、宽尾墩联合消能、宽窄挑流消能。

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